建筑技术丨既有建筑外立面“红魔方”装饰幕墙改造施工技术研究

1 工程概况

本工程性质为大型商场利旧改造，商业建筑面积为104 028.45 m²，地下1层，地上6层，混凝土框架结构。本工程S楼北侧外立面原设计包含突出于外墙的LED电子显示屏及雨篷结构。

按照建设单位提出的外立面改造计划，需要拆除LED电子显示屏及其附属的雨篷结构，并在同一位置安装更为精致的外立面装饰幕墙。建设单位经方案比选，“红魔方”装饰幕墙以其外形独特、创新设计、对既有建筑外墙影响最小，在经济性与效果上的双重优势脱颖而出。

2 重难点分析

对LED屏幕及雨篷钢结构采取了部分拆除的措施。在设计与施工过程中，利用了部分未拆除的钢梁，以减少对原有结构的破坏，并通过这些未拆除的结构加强新钢结构体系的补强工作。数十个尺寸不一的巨型“红魔方”由U形玻璃组合而成，其U形玻璃平面与曲面之间的过渡必须协调一致。本工程要求极高的安装精确度，这种非标准化的设计给加工与安装带来了极大的挑战。考虑到“红魔方”装饰幕墙的非对称悬挑设计，无法搭建脚手架。LED屏幕、雨篷的拆除以及幕墙的安装施工，必须采用机械辅助手段。

3 技术要点

在进行LED屏幕及其支撑结构的拆除工作时，采取了不破坏外围护结构的精细操作方法。拆除工作完成后，将坚固的全钢结构龙骨作为新的支撑框架。

为了达到设计要求的视觉效果，在结构两侧对称使用了外挑的钢结构，并与埃特板巧妙结合，创造出波浪形状的外观。采用U形玻璃组装结构的中间部分，形成了一个不规则的“立方体”形状。这个立方体内部配置了点光源灯箱屏，通过精心设计的灯光效果，整个结构在夜晚时分呈现出引人注目的“红魔方”灯光效果。

此外，点光源灯箱屏的面层特别选用了A级红色晕光膜，这种材料能够确保即使在白天，通过U形玻璃的透光作用，也能展现出“红魔方”的独特效果，使得整个结构无论是在日光下还是在夜晚的照明下，都能保持其独特的视觉吸引力。相较于利用LED屏幕进行组装的方法，显著减少了材料成本与安装费用。

4 施工工艺

4.1 LED显示屏及雨篷结构拆除

本工程的拆除工作不涉及原有外围体系的拆除，仅限于北立面雨篷及LED显示屏的拆除。工作内容包括雨篷及LED显示屏的装饰板拆除、LED显示屏的拆除以及钢结构的拆除。整个LED及雨篷的长度约为74 m，拆除作业的最高点达到31 m。

4.1.1 拆除作业顺序

首先进行顶部周边钢丝绳防护，随后拆除饰面铝板及主次龙骨，接着拆除下部装饰板及LED小方钢、檩条（未与结构连接部分），然后以轴线为单位进行主要受力钢构件的拆除，最后对保留的钢构表面残余进行清理。

4.1.2 施工措施选择

鉴于外立面“红魔方”挑出长度不规则，脚手架的搭设不具备施工操作性，若搭设脚手架将导致多次改架。经过多次讨论，决定采用高空作业车与汽车式起重机配合的方式进行拆除作业。

4.1.3 拆除作业原则

考虑到钢结构的整体稳定性，按照轴线进行对称拆除。为防止单吊过载，荷载较大的钢结构采用切割的方式进行分批吊装。为保持吊装的稳定性，在钢结构上设置吊点，并用两台起重机进行同时吊装。

4.2 “红魔方”装饰幕墙安装

4.2.1 钢结构安装

在完成拆除作业之后，根据楼层主梁的确切位置，开展钢结构埋板施工。利用预先保留的部分LED屏钢结构，按照设计图纸，进行钢结构的组装与拼接。首先，构建竖向龙骨，其次是斜向龙骨，最后完成水平向龙骨的安装，以确保整个钢结构体系的稳定性。1层、2层立柱采用100 mm×250 mm×8 mm的钢方通组成桁架，3层及以上则采用150 mm×150 mm×8 mm的钢方通组成桁架，以固定U形玻璃钢型材。钢结构材质选用Q235B，并对钢立柱表面进行氟碳喷涂处理。

4.2.2 U形玻璃安装

钢结构骨架安装完毕后，U形玻璃由专业厂商加工，规格为P260 mm×90 mm×8 mm，长度约5 m。单片U形玻璃如图1所示。

图1 单片U形玻璃示意

用膨胀螺栓或射钉将边框料固定在建筑洞口，边框可直角或斜角连接，每侧至少两个固定点，上下框料每隔400~600 mm固定一次。将塑料件截成所需长度放入框中。清洁玻璃内面，依次插入U形玻璃条，确保插入深度正确。在边框与玻璃的缝隙中塞入弹性垫条，填入玻璃胶类弹性密封材料进行密封。玻璃安装完成后，清除表面污垢。

4.2.3 埃特板及真石漆施工

波浪造型区域的悬挑钢结构荷载需严格控制。选择基层材料时，需考虑原有幕墙真石漆延伸需求。埃特板是一种纤维硅酸盐板，具有多种厚度和密度，强度特性良好，重量低于砌体结构，适合作为基层材料。

按设计图布置、分块、标识埃特板。用碳化钨合金直齿锯片切割埃特板，弧线用曲线锯锯出。安装底层埃特板，保持5 mm间距，用不锈钢沉头自攻钉固定，螺钉间距不大于250 mm。固定螺钉前，钻孔深2~3 mm，螺钉沉入板面1~2 mm，用腻子补平。用带高速钻头的手电钻对埃特板进行开孔，板后需支撑。开矩形孔时，刻画3 mm深凹痕，中间开大圆孔后切开，敲出板材，用锉刀磨平边缘。

4.2.4 镜面铝板雨篷系统

铝板雨篷系统设计为外挑11 m，底部水平，顶部排水坡度2 %，最薄处550 mm。顶面用3.0 mm铝单板，侧面用3.0 mm镜面铝板，通过自攻螺钉固定在钢龙骨上。系统密封关键在于铝板接头的注胶处理，防止雨水和空气渗透，上部密封，下部根据设计不封胶。

设计施工时，需确保雨篷结构稳定耐久。采用外挑方式覆盖首层玻璃幕墙，保持底部水平。顶部排水坡度2 %，防止积水和结构损害。材料选用3.0 mm厚铝单板和镜面铝板，轻便耐腐蚀，适合户外。铝单板固定在钢龙骨上，连接牢固易维护。施工中强调注胶密封，特别是铝板接头，确保雨篷防水保温。顶部密封，底部按设计不封胶，展现镜面铝板原始形态。

4.2.5 “红魔方”灯光系统

为了实现建筑物外立面全天均能展现“红魔方”的视觉效果，设计师与照明专家共同协作，制订了一套专业的照明方案。该方案采用了坚固的方管作为结构的固定基座，并在每平方米的基座上均匀布置了20组RGB发光模组，这些模组遵循点光源的发光原则，确保了光线的精确分布。外立面的表层特别选用了A级红色晕光膜，这种材料即使在白天也能通过U形玻璃的透光特性，保持“红魔方”的独特外观。因此，无论是在日光下还是在夜晚照明中，整个建筑都能保持其独特的视觉吸引力，成为城市中的一道亮丽风景。

几十个大小不一的“红魔方”以其独特的设计风格脱颖而出，这种不规则的设计给幕墙的加工和安装带来了前所未有的挑战。每一个“红魔方”都需要单独的加工和精确的安装工艺，以确保整体结构的稳定性和美观性。此外，这些“红魔方”在夜晚的泛光照明灯光安装方面也提出了极高的要求，因为它们的形状和大小各异，照明设计师必须精心设计灯光布局，以确保光线能够均匀地覆盖每一个“红魔方”，同时还要考虑到光线与建筑整体风格的和谐统一。这些因素共同作用，使得整个项目的幕墙和照明安装工作变得异常复杂和精细。通过与埃特板基层制作的洗墙灯的完美结合，进一步增强了“红魔方”灯光效果的展现力，如图2所示。

图2 “红魔方”泛光系统

5 结束语

现有建筑外立面的“红魔方”装饰幕墙改造施工技术，是一种创新性的外立面装饰技术，它在经济性与外观效果方面均表现出色。该技术主要采用“红魔方”灯箱，通过其不规则的排列与对称的悬挑钢结构、埃特板“波浪”造型的巧妙结合，塑造出具有标志性的立面语言。与外立面泛光系统的呼吸律动照明效果相结合，使得“红魔方”装饰幕墙成为临汾王府井商场引人注目的存在。该技术在结构轻量化、旧改的可持续性以及艺术表现力方面均展现出显著优势，为建筑外立面的更新提供了新的思路。